高密度电法仪.doc

高密度电法探测仪器按照数据采集模式不同可分为两类：一类是采集系统的主机只有一个信号通道，借助于转换控制器将空间上的多电极按规律组合接通，各路信号分时进入，系统结构为串行式；另一类是采集系统多通道，各路信号同时进人，系统结构为并行式。按照控制电极转换开关方式不同，探测系统分为集中式和分布式，本文介绍的HGHm堤防隐患探测系统属分布式单道分时采集系统。 HGH一高密度电法探测系统的原理框图如图1所示。电阻率测量的工作原理就是通过供电电极（A、B）向地下供人直流电形成人工电场，利用测量电极（M、N）测量由人工电场引起的电位变化，经过计算后获得地电阻率。 （一）电位测量电路 电位测量电路由前置放大器、自电补偿电路、滤波器、主放大器和模数转换等几部分组成。电位测量采用8位程控放大器l6 位高速AD转换，保证分辨率达到lV。AD转换是数字式仪器的核心部分，它直接关系仪器动态范围和采样精度。本仪器采用的AD转换器是美国模数器件公司出品的高速高精度 AD976 16位模数转换器，该模数转换器最高转换速率为200kHz，其输入量程为10000 V，最小分辨率为300V。图1 分布式高密度电阻率探测系统整机工作原理框图 （二）供电及电流测量电路 供电电源采用12 V充电电瓶，经 DCDC升压、恒流供电，电流通过电极送人地下，电流测量也用16位高速AD转换器进行实测，保证电流与电位测量具有同样的分辨率和测试精度。12 V的电瓶电源通过DCDC转换成最大输出 400 VPP的电压，经过选择控制器、恒流源和换向器后输出，整机最大输出功率为400 VPP /400mAPP即160 W。正常使用时将输出功率调整到 15 W左右已能完全满足测量的需要，选择恒流供电时，可以保证在场地接地条件变化很大的情况下使用，这样可以保证电流恒定，确保测量精度。但这种选择下电源功率消耗较大，特别是在大电流情况下。恒压供电适合接地比较均一的场合，如堤坝探测等。电流取样也摆脱以往纯电阻取样隔离困难之弊端，而采用霍尔电流传感器取样，提高供电与测量间的隔离。该测量电路设置在供电线路的最后一节，无论是恒压或恒流终将进行电流实时测量。 （三）电极转换开关电路及电缆设计高密度电阻率测量是通过不断转换供电、测量电极的位置顺序进行空间上各点电阻率测量。电极转换开关直接分布在电极处，采用无固定地址编码技术，实现电极转换开关随意连接、自动识别，仪器自动为电极串编码，使得电极转换按程序设定的装置模式、极距和测点位置自动有序换接。本仪器电极转换开关采用分布式开关，每一个电极占有一个开关盒，该开关盒将A、B、M、N四根供电及测量线择切换到电极上。每一个开关盒均有四个继电器，由一片CPU来管理和控制这四个继电器的工作状态，接收由仪器主机发送来的指令数据，故在仪器端将有一个传送指令的接口电路。该电路采用串行输出方式，主电脑将指令通过接口电路作串行变化，再经过输出电路作电平提升后形成DATA数据流（LOCK时钟及ENBLE使能，形成SCI串行数据流输出给每一个电极开关。该接口电路的特点是无需判断每个开关盒自身代码，只按其排列顺序而定其位置，这样就极大地方便了野外工作。（四）主控系统用高性能微机作仪器主控设备，主处理器采用Pentium 366MHz，内存64M，硬盘43G,显示器为12寸彩色液晶屏；操作系统为Windows98。由此来实现大屏幕彩色显示、大容量存储、高速运算处理。 （五）整体结构设计本仪器结构大致分为三层：第一层为最上面的屏幕层，该层中有仪器的液晶显示器。控制薄膜键盘及触控鼠标板。液晶显示器上面镶有钢化防护玻璃，底面有隔离保温板，其主要作用是在低温下将下部电脑产生的热量供给屏幕，以确保仪器能在200C500C之间的温度范围内使用。第二层为主控电脑层，整个主板就夹在该层中间，上下均有屏蔽金属板，将其射频辐射减至最小。同时电脑的CPU紧贴在外壳上，以利于散热。第三层为主控采集板，它是仪器采集之关键，分为左右两部分，右半部分为高压供电电源，左半部分为采集控制和模拟放大部分，供电电源的热量主要靠仪器底壳散热。这三层结构层层相互支撑，既是散热体也是屏蔽层，与外壳紧密相连成一体，使仪器做到了美观、合理、小巧、紧凑、性能优良。（六）数据处理软件结构设计该软件系统采用模块化设计方法，具有很好的可扩展性，功能完整、算法独特，引入了数据库管理系统，使得所测资料可以有条不紊地进行管理。系统最佳运行环境是Windows NT4.0及Windows2000，同时对Windows9598有很好的兼容性。 数据处理流程如图3所示。图3 数据资料处理流程图（七）系统特点与性能指标 （1）系统特点 “HGH高密度电法探测系统”与国内外同类产品相比，具有以下技术创新：多功能；“HGH高密度电法探测系统”是集高密度电阻率剖面成像系统、高密度自然电位测量系统。高密度充电电位探测系统以及双频高密度激电成像系统于一体的智能化综合电测站。高密度电阻率成像系统具有单极一单极、单极一偶极。偶极一偶极。温纳和斯龙贝格等装置的测量功能；高密度自然电位和充电电位测量系统具有电位和梯度测量功能；高密度激电系统主要采用频散率进行成像测量。 一体化。采用计算机与采集主板一体化设计，实现了高速采集、快速处理、实时显示、网络通讯。可视化操作等；实现了电极转换开关与电缆一体化（电极转换开关盒本身是电缆的组成部分）设计，减少了设备重量和连接次数，野外作业非常方便。实时性。实时采集，实时处理，实时通讯。数据采集实现了实时显示电阻率色谱图，可以形象直观地给出地电结构图像形态，便于实时分析判断；通过无线和有线网络通讯，实现野外实测资料的实时传输。 自动选址。分布式电极转换开关采用无固定地址编码技术，实现电极转换开关随意连接。仪器自动为电极串编码，使得电极转换按程序设定的装置模式、极距和步长自动有序地转接，从而实现了自动寻址功能。智能供电。高压供电电源是将仪器统一使用的12 V电瓶通过 DCDC变换器逆变成 400V的高压直流电，针对实测样值来实时调整供电电源的输出，在接地电阻高的场地，使用高电压、低电流输出；在接地电阻低的场地，使用低电压、大电流的供电模式。在电源功率没有变化的情况下，可得到非常好的效果，使仪器的供电方式具有智能化。工艺新。仪器采用高性能电脑作为主处理器，加之内置大功率电源、高精度信号采集电路，这一切要溶于一身，诸如干扰、屏蔽、散热、隔离、退耦及电源分配等问题层出不穷，现已得到较好的解决。采用了铸铝合金外壳，它的特点是散热好、屏蔽性能好、美观坚固。分布式电极转换开关盒采用不锈钢管注塑工艺，实现了防潮、密封、耐高温、连接方便，可在阴雨天和水中工作。精度高。采样信号经8位程控放大，16位高速模数转换，使得采样分辨率达到1V此外，电位和电流同时测量，从而保证了（V/I）的误差小于1。（2）性能指标 A、主机部分。 1）输人阻抗：大于 20 M。 2）电位测量：最小采样信号lV，最大采样信号4 000 mV，精度 05，分辨率1V。 3）电流测量：最小采样信号01mA，最大采样信号1000mA，精度05，分辨率1A 4）放大器：程控放大，自动电位补偿（极化补偿范围3V，补偿精度1） 5）采样分辨率：AD：16bit，程控放大：8 bitt，计：24bit。 6）噪声抑制：50 Hz工频抑制。 7）滤波器：模拟低切、高切及陷波器，数字各型滤波器。 8）主处理器：Pentume MMX366。 9）显示器：600 800T，液晶显示器。 10）内存：64M。 11）内置硬盘：43G。 12）接口：标准232串型口、并行口、外接VGA显示器口、键盘口及无线数据通讯接口、外接软盘驱动器口。 13）仪器操作板：全密封触摸式键及触控杆操作。 14）操作系统：全 Windows界面编程、操作。 15）内置供电电源：400 VPP, 04 APP 16) 外置供电电源：400 VPP 2APP 17）供电方式：采用恒流方波供电或实测方波供电，供电电流 10mA、20 mA、 50mA、100mA、 200mA、 400mA、1A可选。实测方式下，可选 50 V、100V、200V、400V。供电时间由lS、2S。4S、8S可选。 18）测试误差：仪器的观试误差（VI）1。 19）主机重量：6 kg。 20）工作环境：温度2050；湿度95（40时）。 CG-3全自动重力仪 SCINTREX公司的CG-3是由微处理器控制的，具有多次循环功能的全自动重力仪。CG全自动重力仪提供全球宽测程必需的8000毫伽，而无需重新调节。CG河比其它重力仪能更快、更容易的读数，仅需要很少的操作员培训。自动连续读数功能便于实时信号的增强和统计分析，减少了操作者的失误，提高了数据的可靠性和生产率。这样确保CG河自动准确地改正地球固体潮和倾斜误差。这些读数随后被存储在固态存储器中，数据可以通过打印机输出，或者传输到微型计算机中。重力传感器，固态控制系统和电池全部被装人一个坚固、结实的箱于中。CG司非常结实、耐用，适用于恶劣环境下的野外作业。1技术指标 传感器类型： 静电零复位石英； 读数分辨率： CG3一3：5微伽，C G3M：l微伽； 标准离差：CG一3：10微伽；C G3M：5微伽； 工作测程：8000毫伽，无需重调； 剩余长期零漂（静态下）：小于0.02毫伽天； 自动倾斜补偿范围：200弧秒； 跳变：典型的20克冲击下小于5微伽； 自动改正： 固体潮改正，仪器倾斜改正，温度补偿，读数噪声自动剔除； 尺寸大小：240毫米310毫米320毫米； 重量（包括电池）：110公斤（242磅）； 功耗：在25 C下45瓦特； 工作温度范围：40 0C450 C； 内存：48KRAM，可存储 1200个读数； 实时时钟：内置，可设置天，月，年，时，分，秒； 数据信号输出：RS一232C串行接口； 记录仪电缆：这个电缆可同任何标准记录仪连接； 水准测量：可以推荐和提供诸如经纬仪、气压计测高程和GPS等多种多样的水准测量设备。 辅助设备：可以推荐和提供各种各样的记录仪、计算机、打印机和绘图仪； 应用软件：提供Geosoft软件，能够实现下列处理：数据输入、数据整理、地形改正、数据分选、绘图、数据处理、模拟计算和解释。重力数据处理系统软件已经全部装入Geosoft的SUSHI菜单系统中，以便用户能方便地在数据处理和绘图模拟计算两种功能之间转换。2选件： 遥控器：在C G3上加装一个调制解调器，就可实现远程遥控操作功能。 震动噪声滤波：所有新型C G-3上的新功能是提供了一种新的算法，可以帮助用于地震活动频繁发生地段滤掉地震噪声。 高温选件：为了适应于非常炎热的地方，内部传感器室恒温较高，使何效厂作范围在400C55 0C； 低温选件：适用于寒冷地区，内部传感器室恒温较低，使有效工作温度范围在同了一40十35。 外部供电电缆：用于连接一个外部12伏直流供电电源。 R-24浅层地震仪简介1.系统的组成R-24地震仪是美国九十年代产品，在国内外同类仪器中具有先进水平。它具有组合简单、轻便、精度高、动态范围大及与DOS兼容等优点。它由两大部分组成：1)系统主机系统主机包括下列组件：放大器(前放、瞬时浮点)，滤波器(可选实时低、高通、陷波滤波)，A/D转换器，叠加运算器，存储器，数字信号处理器，液晶显示器，热敏绘图仪，内置386计算机。另外还配有并行打印机口、RS-232口和外接键盘。主机外部尺寸为432541cm，重量11kg。2)系统附件系统附件包括：12V可充电直流电源，锤击触发开关，检波器，连接电缆，大锤，锤击铁板，爆炸机，触发电瓶，导线，雷管，炸药，软盘，记录纸等。2.菜单的操作打开仪器，运行R-24文件进入菜单系统，移动光标至Completesetup可直接进行菜单操作。操作菜单为：几何参数采集参数文 件显 示测 量应 答其 它快速设置测量方式测 线检波点距炮检位置炮间距快速设置采样间距记录长度延 迟滤波1滤波2叠加方式叠加极性有效道快速设置改变驱动器设置目录文件名自动存储改变目录读转至软盘格式化快速设置显示类型自动增益控制时间比例打印时间比例道振幅显示道滤波1滤波2背景光度清 除炮点位置噪声显示道显示初至检查存 盘打 印冻 结循环冻结不叠加调整拾取折射波分析线速度反射波分析反射波模式动校正不作动校正设置日期设置时间触发灵敏度触发时距触发器单 位连续记录号退至DOS1)几何参数几何参数菜单包括快速设置、测量方式、测线、检波点距、炮检位置和炮间距6个子项。分述如下：快速设置：选择此项，将得到一组缺省设置值。测量方式：用来选择测量方法，包括反射、折射及其它。测线：用来设置测线号的操作，健入数字设定线号。检波点距：用来设置检波点之间的距离。炮检位置：用来设置炮点及检波点位置的操作。炮点距：用来设置炮点之间的距离，只用于反射波测量中。作其它测量时，可将这个参数设为0。2)采集参数本菜单包括采集参数位置以及影响数据采集的操作，主要包括采样间距、记录长度、延迟、滤波1、滤波2、叠加方式、叠加极性和有效道8个子项。采集参数对数据有持久的影响，因此在运行中不可随意改变已存入内存文件的参数，一定要改，只能将文件从内存中删去。采样间距：即采样率。采样率的选择与相应比例尺及测量方式有关，并满足采样定理。选此项后屏幕出现5个不同的采样率值，一般可选250和500ms。记录长度：用来设置记录长度。记录长度是采样间距和采样点的乘积，改变两者之一都会影响记录长度。本仪器最大采样点数为2048个，最大采样间距为0.5ms，则最大的记录长度为1024ms。延迟：用来设置延迟时间，一般测量中都将此项设为0。遇到离炮点较远的井孔测量或炮检距较大的测量用正延迟，这样可节省内存；若要看波前初至前信息可将延迟设为负值。滤波：分滤波1和滤波2。此种滤波是实时数字频率滤波，其目的是压制干扰波和突出有效波。选此项会出现一个包括低切、高切和陷波频率的表。若干扰波为低频，则用低切；相反则用高切；若当地有三相电线产生的频率则用陷波；不进行任何形式的滤波，则用OUT。叠加方式：系统有自动叠加、预显示和取代三种叠加方式。自动叠加是系统自动将新记录与旧记录叠加并显示；预显示(又称手动叠加)，用回车键入为确定是否进行叠加；取代则是指后一次触发将前一次触发覆盖，实际上并未叠加。叠加极性：用来确定叠加的相位，包括同相和反相。有效值：用来选择所需道，可以是全部道，也可以是其中几道。3)文件本菜单用于检索磁盘文件和其它文件操作，共包括8项。快速设置：此项会提供一组关于当天日期作目录的信息。改变驱动器：用来转换驱动器的操作。仪器中有软盘A和硬盘D，需要运行地震程序或存贮数据时，可用D。设置目录：用来设置目录或子目录的操作。一般来说，一条测线用一个目录。文件名：用来设置文件名。一般可用23位数字组成，文件存入磁盘时系统会自动增加扩展名.DAT，且相继存入的文件名会自动加1。自动存贮：此项是把采集的数据即时存入内存，仅用于特殊测量(如海洋测量)中，一般不用。转至软盘：此项用来将硬盘中的文件转至软盘。格式化：用来抹去软盘上全部文件的过程，本仪器在格式化之前，先测试软盘上是否有地震数据，若有，不予格式化。4)显示本菜单用来进行数据显示和打印的操作。显示类型：用来确定记录的显示方式。有6种显示方式：变面积，波形，阴影，限幅面积，限幅波形，限幅阴影。自动增益控制：用来控制信号增益。固定增益用手动控制，AGC由系统自动控制。AGC一般选50左右。时间比例：用来确定显示波形的时间大小。包括4种方式：正常，扩展，压缩2倍，压缩4倍。打印时间比例：用来确定打印纸的数量，根据打印时间范围来调整打印点阵。道振幅：用来调整各道波形振幅的操作。其增益因子的单位为分贝，每三分贝一步，增减由上下箭头键来控制。共有三种方式：自动选择，调全部，调单个。显示道：用来选择需显示的道或打印的道。滤波：用来设置数字滤波参数、滤波类型和频率。操作方式跟采集参数相同。背景亮度：本仪器屏幕为液晶显示，背景越暗显示越清晰。5)测量用此菜单选项作野外实际测量。共包括10项。清除：用来从内存中除去数据，为接收下一个数据预备空间。炮点位置：用来设置炮、检点方位，其操作与几何参数中相同。注意：在折射波测量中换一次炮点需要改变一次炮点位置，而反射波测量中则是系统自动随炮点距增加而自行改变。噪声监测：用来作噪声监测，还可对检波器和电缆正常与否作出检验。道显示：用来接收触发的操作。按下“4”就可接收地震波信号，触发成功则有波形出现。拾取初至：选择此项，系统会自动调整各道的位置，使其接近允许检查的相关初至。若为折射波测量方式系统会自动拾取初至。存盘：用来存贮地震记录，状态行显示所存文件名。每存一次文件，系统都会将文件名自动加1，而且给文件加上一个扩展名.DAT。打印：用来打印地震记录的操作。选择此项便可开始打印，若想中止按下CLR。冻结：用来保护数据的操作。它可使某道或全体道受到“冻结”而不被外界影响或叠加。此项对“最佳窗口”具有重要意义。循环冻结：此项为选取“最佳窗口”或“最佳偏移距”的反射测量而用。当冻结道确定了，数据就只能被叠加到活动道，循环进行可避免叠加道受到其它道的影响，使波形更加清晰。不叠加：用来消除具有较大噪声的最后一次叠加记录。按下“-”键便可操作。6)应答本菜单用来作野外测量质量控制，对测量作最初的地球物理分析，评价反射波与折射波数据。调整拾取：用来调整拾取初至波。将波形或振幅调好后，可用上、下键来调初至拾取位置，调合适后按下回车键，文件便会自动存盘，扩展名为.BPK。折射波分析：用来生成折射波时距曲线，并解释结果。线速度：用来计算地震波速度。反射波分析：用来确定层深度及波速。反射波模式：用来叠加一个选定速度与深度的综合反射波，它不同于一般记录中的实际初至波。正常时差显示：用来对数据作正常偏移校正。不作正常时差校正：用来清除正常时差校正回到未经处理的状态。7)其它本菜单包括一些系统功能。设置日期：以日月年方式键入日期。设置时间：以时分方式键入时间。有时日期和时间会被以文件头的部分存入磁盘中，这样有助于确定野外记录及相关文件。触发灵敏度：用来调整检波器电压信号灵敏度的高低以补偿环境噪声水平及震源能量。键入触发灵敏度在1100之间，数字越大越灵敏。触发时距：即前、后两次触发的最小时间间隔。若触发时距设置为5秒，那么至少要经过5秒才能进行第二次触发。触发时距在0.510秒之间。触发器：用来测试地震噪声背景值的人工触发操作，但不能用于实际地震数据的触发。 单位：单位可选“米”和“英尺”两种。退至DOS：此项是结束地震程序回到DOS状态下的操作。ENVI 质子旋进式磁力仪ENVI地球物理系统是加拿大先达利（SCINTREX）公司的最新产品。它竖固、轻便（1.7公斤）、有大屏幕LCD显示器、大容量的存储器、可充电电池、RS-232通讯接口，并有丰富的支持软件，野外一个人即可操作。同时它具有多项测量功能，其中包括先进的磁力仪/磁梯度仪（ENVI MAG/ENVI GRAD）测量和甚低频（ENVI VLF）测量。一、磁力仪测量方式1、地磁总场强度测量方式（ENVI MAG）该方式很方便地用来测量地磁总场强度，与其它类刑磁力仪不同之处是，该系统不但